高考数学考点归纳之 曲线与方程

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高考数学考点归纳之 曲线与方程

高考数学考点归纳之 曲线与方程 一、基础知识 1.曲线与方程 一般地,在平面直角坐标系中,如果某曲线 C上的点与一个二元方程 f(x,y)=0的实数 解建立了如下关系: (1)曲线上点的坐标都是这个方程的解. (2)以这个方程的解为坐标的点都是曲线上的点.那么这个方程叫做曲线的方程,这条 曲线叫做方程的曲线❶. 2.求动点轨迹方程的一般步骤 (1)建立适当的坐标系❷,用有序实数对(x,y)表示曲线上任意一点 M的坐标; (2)写出适合条件 p的点 M的集合 P={M|p(M)}❸; (3)用坐标表示条件 p(M),列出方程 f(x,y)=0; (4)化方程 f(x,y)=0为最简形式; (5)说明化简后的方程的解为坐标的点都在曲线上. (1)如果曲线 C的方程是 f(x,y)=0, 那么点 P0(x0,y0)在曲线 C上的充要条件是 f(x0, y0)=0. (2)“曲线 C是方程 f(x,y)=0 的曲线”是“曲线 C上的点的坐标都是方程 f(x,y)=0 的解”的充分不必要条件. 坐标系建立的不同,同一曲线在不同坐标系中的方程也不同,但它们始终表示同一曲 线. 有时此过程可根据实际情况省略,直接列出曲线方程. 考点一 直接法求轨迹方程 1.已知点 F(0,1),直线 l:y=-1,P为平面上的动点,过点 P作直线 l的垂线,垂足 为 Q,且 QP ―→ · QF ―→ = FP ―→ · FQ ―→ ,则动点 P的轨迹 C的方程为( ) A.x2=4y B.y2=3x C.x2=2y D.y2=4x 解析:选 A 设点 P(x,y),则 Q(x,-1). ∵ QP ―→ · QF ―→ = FP ―→ · FQ ―→ , ∴(0,y+1)·(-x,2)=(x,y-1)·(x,-2), 即 2(y+1)=x2-2(y-1),整理得 x2=4y, ∴动点 P的轨迹 C的方程为 x2=4y. 2.在平面直角坐标系 xOy中,点 B与点 A(-1,1)关于原点 O对称,P是动点,且直线 AP与 BP的斜率之积等于- 1 3 .则动点 P的轨迹方程为________________. 解析:因为点 B与点 A(-1,1)关于原点 O对称, 所以点 B的坐标为(1,-1). 设点 P的坐标为(x,y),由题意得 y-1 x+1 ·y+1 x-1 =- 1 3 , 化简得 x2+3y2=4(x≠±1). 故动点 P的轨迹方程为 x2+3y2=4(x≠±1). 答案:x2+3y2=4(x≠±1) 3.已知△ABC的顶点 B(0,0),C(5,0),AB边上的中线长|CD|=3,则顶点 A的轨迹方程 为____________________. 解析:设 A(x,y),由题意可知 D x 2 , y 2 . ∵|CD|=3,∴ x 2 -5 2+ y 2 2=9, 即(x-10)2+y2=36, 由于 A,B,C三点不共线, ∴点 A不能落在 x轴上,即 y≠0, ∴点 A的轨迹方程为(x-10)2+y2=36(y≠0). 答案:(x-10)2+y2=36(y≠0) 考点二 定义法求轨迹方程 [典例精析] 已知圆 M:(x+1)2+y2=1,圆 N:(x-1)2+y2=9,动圆 P与圆 M外切并且与圆 N内切, 圆心 P的轨迹为曲线 C.求 C的方程. [解] 由已知得圆 M的圆心为 M(-1,0),半径 r1=1;圆 N的圆心为 N(1,0),半径 r2=3. 设圆 P的圆心为 P(x,y),半径为 R. 因为圆 P与圆 M外切并且与圆 N内切, 所以|PM|+|PN|=(R+r1)+(r2-R)=r1+r2=4>|MN|=2. 由椭圆的定义可知,曲线 C是以 M,N为左、右焦点,长半轴长为 2,短半轴长为 3的 椭圆(左顶点除外),其方程为 x2 4 + y2 3 =1(x≠-2). [解题技法] 定义法求曲线方程的 2种策略 (1)运用圆锥曲线的定义求轨迹方程,可从曲线定义出发直接写出方程,或从曲线定义 出发建立关系式,从而求出方程. (2)定义法和待定系数法适用于已知曲线的轨迹类型,利用条件把待定系数求出来,使 问题得解. [题组训练] 如图,已知△ABC的两顶点坐标 A(-1,0),B(1,0),圆 E是△ABC的内 切圆,在边 AC,BC,AB上的切点分别为 P,Q,R,|CP|=1(从圆外一点到 圆的两条切线段长相等),动点 C的轨迹为曲线 M,求曲线 M的方程. 解:由题知|CA|+|CB|=|CP|+|CQ|+|AP|+|BQ|=2|CP|+|AB|=4>|AB|, 所以曲线 M是以 A,B为焦点,长轴长为 4的椭圆(挖去与 x轴的交点). 设曲线 M: x2 a2 + y2 b2 =1(a>b>0,y≠0), 则 a2=4,b2=a2- |AB| 2 2=3, 所以曲线 M的方程为 x2 4 + y2 3 =1(y≠0). 考点三 代入法(相关点)求轨迹方程 [典例精析] 如图所示,抛物线 E:y2=2px(p>0)与圆 O:x2+y2=8相交于 A, B两点,且点 A的横坐标为 2.过劣弧 AB上动点 P(x0,y0)作圆 O的切线 交抛物线 E于 C,D两点,分别以 C,D为切点作抛物线 E的切线 l1, l2,l1与 l2相交于点 M. (1)求 p的值; (2)求动点 M的轨迹方程. [解] (1)由点 A的横坐标为 2,可得点 A的坐标为(2,2),代入 y2=2px,解得 p=1. (2)由(1)知抛物线 E:y2=2x, 设 C y21 2 ,y1 ,D y22 2 ,y2 ,y1≠0,y2≠0.切线 l1的斜率为 k,则切线 l1:y-y1=k x-y21 2 , 代入 y2=2x,得 ky2-2y+2y1-ky21=0, 由Δ=0,解得 k=1 y1 ,∴l1的方程为 y=1 y1 x+y1 2 , 同理 l2的方程为 y=1 y2 x+y2 2 . 联立 y=1 y1 x+y1 2 , y=1 y2 x+y2 2 , 解得 x=y1y2 2 , y=y1+y2 2 . 易知 CD的方程为 x0x+y0y=8, 其中 x0,y0满足 x20+y20=8,x0∈[2,2 2 ], 由 y2=2x, x0x+y0y=8, 得 x0y2+2y0y-16=0, 则 y1+y2=- 2y0 x0 , y1·y2=- 16 x0 . 代入 x=y1y2 2 , y=y1+y2 2 , 可得 M(x,y)满足 x=- 8 x0 , y=- y0 x0 , 可得 x0=- 8 x , y0=8y x , 代入 x20+y20=8,并化简,得 x2 8 -y2=1. 考虑到 x0∈[2,2 2],知 x∈[-4,-2 2], ∴动点 M的轨迹方程为 x2 8 -y2=1,x∈[-4,-2 2]. [解题技法] “相关点法”求轨迹方程的基本步骤 (1)设点:设被动点坐标为(x,y),主动点坐标为(x1,y1); (2)求关系式:求出两个动点坐标之间的关系式 x1=fx,y, y1=gx,y; (3)代换:将上述关系式代入已知曲线方程,便可得到所求动点的轨迹方程. [题组训练] 已知曲线 E:ax2+by2=1(a>0,b>0),经过点 M 3 3 ,0 的直线 l与曲线 E交于点 A, B,且MB ―→ =-2MA ―→ .若点 B的坐标为(0,2),求曲线 E的方程. 解:设 A(x0,y0),∵B(0,2),M 3 3 ,0 , 故MB ―→ = - 3 3 ,2 ,MA ―→ = x0- 3 3 ,y0 . 由于MB ―→ =-2MA ―→ ,∴ - 3 3 ,2 =-2 x0- 3 3 ,y0 . ∴x0= 3 2 ,y0=-1,即 A 3 2 ,-1 . ∵A,B都在曲线 E上, ∴ a·02+b·22=1, a· 3 2 2+b·-12=1, 解得 a=1, b=1 4 . ∴曲线 E的方程为 x2+y2 4 =1. [课时跟踪检测] A级 1.平面直角坐标系中,已知两点 A(3,1),B(-1,3),若点 C满足 OC ―→ =λ1 OA ―→ +λ2 OB ―→ (O为原点),其中λ1,λ2∈R,且λ1+λ2=1,则点 C的轨迹是( ) A.直线 B.椭圆 C.圆 D.双曲线 解析:选 A 设 C(x,y),因为 OC ―→ =λ1 OA ―→ +λ2 OB ―→ , 所以(x,y)=λ1(3,1)+λ2(-1,3), 即 x=3λ1-λ2, y=λ1+3λ2, 解得 λ1= y+3x 10 , λ2= 3y-x 10 , 又λ1+λ2=1,所以 y+3x 10 + 3y-x 10 =1,即 x+2y=5,所以点 C的轨迹是直线,故选 A. 2.如图所示,在平面直角坐标系 xOy中,A(1,0),B(1,1),C(0,1),映 射 f将 xOy平面上的点 P(x,y)对应到另一个平面直角坐标系 uO′v 上的 点 P′(2xy,x2-y2),则当点 P沿着折线 ABC运动时,在映射 f的作用 下,动点 P′的轨迹是( ) 解析:选 D 当 P沿 AB运动时,x=1,设 P′(x′,y′),则 x′=2y, y′=1-y2 (0≤y≤1), 故 y′=1-x′2 4 (0≤x′≤2,0≤y′≤1).当P沿BC运动时,y=1,则 x′=2x, y′=x2-1 (0≤x≤1), 所以 y′= x′2 4 -1(0≤x′≤2,-1≤y′≤0),由此可知 P′的轨迹如 D所示,故选 D. 3.设点 A为圆(x-1)2+y2=1上的动点,PA是圆的切线,且|PA|=1,则 P点的轨迹方 程为( ) A.y2=2x B.(x-1)2+y2=4 C.y2=-2x D.(x-1)2+y2=2 解析:选 D 如图,设 P(x,y), 圆心为 M(1,0).连接 MA,PM, 则 MA⊥PA,且|MA|=1, 又因为|PA|=1, 所以|PM|= |MA|2+|PA|2= 2, 即|PM|2=2,所以(x-1)2+y2=2. 4.设过点 P(x,y)的直线分别与 x轴的正半轴和 y轴的正半轴交于 A,B两点,点 Q 与 点 P关于 y轴对称,O为坐标原点.若 BP ―→ =2 PA ―→ ,且OQ ―→ · AB ―→ =1,则点 P的轨迹方程是 ( ) A.3 2 x2+3y2=1(x>0,y>0) B.3 2 x2-3y2=1(x>0,y>0) C.3x2-3 2 y2=1(x>0,y>0) D.3x2+3 2 y2=1(x>0,y>0) 解析:选 A 设 A(a,0),B(0,b),a>0,b>0.由 BP ―→ =2 PA ―→ ,得(x,y-b)=2(a-x, -y),即 a=3 2 x>0,b=3y>0.点 Q(-x,y),故由OQ ―→ · AB ―→ =1,得(-x,y)·(-a,b)=1, 即 ax+by=1.将 a=3 2 x,b=3y代入 ax+by=1,得所求的轨迹方程为 3 2 x2+3y2=1(x>0,y >0). 5.如图所示,已知 F1,F2是椭圆Γ:x2 a2 + y2 b2 =1(a>b>0)的左,右焦 点,P是椭圆Γ上任意一点,过 F2作∠F1PF2的外角的角平分线的垂线, 垂足为 Q,则点 Q 的轨迹为( ) A.直线 B.圆 C.椭圆 D.双曲线 解析:选 B 延长 F2Q,与 F1P的延长线交于点 M,连接 OQ.因为 PQ 是∠F1PF2的外角的角平分线,且 PQ⊥F2M,所以在△PF2M中,|PF2| =|PM|,且 Q 为线段 F2M的中点.又 O为线段 F1F2的中点,由三角形 的中位线定理,得|OQ|=1 2 |F1M|=1 2 (|PF1|+|PF2|).根据椭圆的定义,得|PF1|+|PF2|=2a,所 以|OQ|=a,所以点 Q 的轨迹为以原点为圆心,半径为 a的圆,故选 B. 6.在平面直角坐标系中,O为坐标原点,A(1,0),B(2,2),若点 C满足 OC ―→ = OA ―→ +t( OB ―→ - OA ―→ ),其中 t∈R,则点 C的轨迹方程是____________________. 解析:设 C(x,y),则 OC ―→ =(x,y), OA ―→ +t( OB ―→ - OA ―→ )=(1+t,2t),所以 x=t+1, y=2t 消去参数 t得点 C的轨迹方程为 y=2x-2. 答案:y=2x-2 7.设 F1,F2为椭圆 x2 4 + y2 3 =1的左、右焦点,A为椭圆上任意一点,过焦点 F1向∠F1AF2 的外角平分线作垂线,垂足为 D,则点 D的轨迹方程是________________. 解析:由题意,延长 F1D,F2A并交于点 B,易证 Rt△ABD≌Rt△AF1D, 则|F1D|=|BD|,|F1A|=|AB|,又 O为 F1F2的中点,连接 OD,则 OD∥F2B, 从而可知|DO|=1 2 |F2B|= 1 2 (|AF1|+|AF2|)=2,设点 D的坐标为(x,y),则 x2 +y2=4. 答案:x2+y2=4 8.(2019·福州质检)已知 A(-2,0),B(2,0),斜率为 k的直线 l上存在不同的两点 M,N 满足|MA|-|MB|=2 3,|NA|-|NB|=2 3,且线段 MN的中点为(6,1),则 k的值为________. 解析:因为|MA|-|MB|=2 3,|NA|-|NB|=2 3, 由双曲线的定义知,点 M,N在以 A,B为焦点的双曲线的右支上,且 c=2,a= 3, 所以 b=1,所以该双曲线的方程为 x2 3 -y2=1. 设 M(x1,y1),N(x2,y2),则 x1+x2=12,y1+y2=2.设直线 l的方程为 y=kx+m,代入 双曲线的方程,消去 y,得(1-3k2)x2-6mkx-3m2-3=0, 所以 x1+x2= 6mk 1-3k2 =12,① y1+y2=k(x1+x2)+2m=12k+2m=2,② 由①②解得 k=2. 答案:2 9.如图,动圆 C1:x2+y2=t2(1<t<3)与椭圆 C2: x2 9 +y2=1相交于 A, B,C,D四点.点 A1,A2分别为 C2的左、右顶点,求直线 AA1与直线 A2B交点 M的轨迹方程. 解:由椭圆 C2: x2 9 +y2=1,知 A1(-3,0),A2(3,0). 设点 A的坐标为(x0,y0), 由曲线的对称性,得 B(x0,-y0), 设点 M的坐标为(x,y), 直线 AA1的方程为 y= y0 x0+3 (x+3).① 直线 A2B的方程为 y= -y0 x0-3 (x-3).② 由①②相乘得 y2= -y20 x20-9 (x2-9).③ 又点 A(x0,y0)在椭圆 C2上,故 y20=1-x20 9 .④ 将④代入③得 x2 9 -y2=1(x<-3,y<0). 因此点 M的轨迹方程为 x2 9 -y2=1(x<-3,y<0). 10.(2019·武汉模拟)在平面直角坐标系 xOy中取两个定点 A1(- 6,0),A2( 6,0),再 取两个动点 N1(0,m),N2(0,n),且 mn=2. (1)求直线 A1N1与 A2N2的交点 M的轨迹 C的方程; (2)过 R(3,0)的直线与轨迹 C交于 P,Q 两点,过点 P作 PN⊥x轴且与轨迹 C交于另一 点 N,F为轨迹 C的右焦点,若 RP ―→ =λ RQ ―→ (λ>1),求证: NF ―→ =λ FQ ―→ . 解:(1)依题意知,直线 A1N1的方程为 y=m 6 (x+ 6),① 直线 A2N2的方程为 y=- n 6 (x- 6),② 设 M(x,y)是直线 A1N1与 A2N2的交点, ①×②得 y2=- mn 6 (x2-6), 又 mn=2,整理得 x2 6 + y2 2 =1.故点 M的轨迹 C的方程为 x2 6 + y2 2 =1. (2)证明:设过点 R的直线 l:x=ty+3,P(x1,y1),Q(x2,y2),则 N(x1,-y1), 由 x=ty+3, x2 6 + y2 2 =1, 消去 x,得(t2+3)y2+6ty+3=0,(*) 所以 y1+y2=- 6t t2+3 ,y1y2= 3 t2+3 . 由 RP ―→ =λ RQ ―→ ,得(x1-3,y1)=λ(x2-3,y2),故 x1-3=λ(x2-3),y1=λy2, 由(1)得 F(2,0),要证 NF ―→ =λ FQ ―→ , 即证(2-x1,y1)=λ(x2-2,y2), 只需证 2-x1=λ(x2-2),只需 x1-3 x2-3 =- x1-2 x2-2 , 即证 2x1x2-5(x1+x2)+12=0, 又 x1x2=(ty1+3)(ty2+3)=t2y1y2+3t(y1+y2)+9,x1+x2=ty1+3+ty2+3=t(y1+y2)+6, 所以 2t2y1y2+6t(y1+y2)+18-5t(y1+y2)-30+12=0,即 2t2y1y2+t(y1+y2)=0, 而 2t2y1y2+t(y1+y2)=2t2· 3 t2+3 -t· 6t t2+3 =0成立,即 NF ―→ =λ FQ ―→ 成立. B级 1.方程(2x+3y-1)( x-3-1)=0表示的曲线是( ) A.两条直线 B.两条射线 C.两条线段 D.一条直线和一条射线 解析:选 D 原方程可化为 2x+3y-1=0, x-3≥0, 或 x-3-1=0,即 2x+3y-1=0(x≥3) 或 x=4,故原方程表示的曲线是一条直线和一条射线. 2.动点 P为椭圆 x2 a2 + y2 b2 =1(a>b>0)上异于椭圆顶点 A(a,0),B(-a,0)的一点,F1,F2 为椭圆的两个焦点,动圆 M与线段 F1P,F1F2的延长线及线段 PF2相切,则圆心 M的轨迹 为除去坐标轴上的点的( ) A.抛物线 B.椭圆 C.双曲线的右支 D.一条直线 解析:选 D 如图,设切点分别为 E,D,G,由切线长相等可得|F1E| =|F1G|,|F2D|=|F2G|,|PD|=|PE|.由椭圆的定义可得|F1P|+|PF2|=|F1P| +|PD|+|DF2|=|F1E|+|DF2|=2a,即|F1E|+|GF2|=2a,也即|F1G|+|GF2| =2a,故点 G与点 A重合,所以点 M的横坐标是 x=a,即点 M的轨迹 是一条直线(除去 A点),故选 D. 3.已知圆的方程为 x2+y2=4,若抛物线过点 A(-1,0),B(1,0)且以圆的切线为准线, 则抛物线的焦点轨迹方程是________________. 解析:设抛物线焦点为 F,过 A,B,O作准线的垂线 AA1,BB1,OO1,则|AA1|+|BB1| =2|OO1|=4,由抛物线定义得|AA1|+|BB1|=|FA|+|FB|,所以|FA|+|FB|=4,故 F点的轨迹是 以 A,B为焦点,长轴长为 4的椭圆(去掉长轴两端点).所以抛物线的焦点轨迹方程为 x2 4 + y2 3 =1(y≠0). 答案: x2 4 + y2 3 =1(y≠0) 4.如图,P是圆 x2+y2=4上的动点,P点在 x轴上的射影是 D,点 M满 足DM ―→ = 1 2 DP ―→ . (1)求动点 M的轨迹 C的方程,并说明轨迹是什么图形; (2)过点 N(3,0)的直线 l与动点 M的轨迹 C交于不同的两点 A,B,求以 OA,OB为邻边 的平行四边形 OAEB的顶点 E的轨迹方程. 解:(1)设 M(x,y),则 D(x,0), 由DM ―→ = 1 2 DP ―→ ,知 P(x,2y), ∵点 P在圆 x2+y2=4上, ∴x2+4y2=4,故动点 M的轨迹 C的方程为 x2 4 +y2=1,且轨迹 C是以(- 3,0),( 3, 0)为焦点,长轴长为 4的椭圆. (2)设 E(x,y),由题意知 l的斜率存在, 设 l:y=k(x-3),代入 x2 4 +y2=1, 得(1+4k2)x2-24k2x+36k2-4=0, Δ=(-24k2)2-4(1+4k2)(36k2-4)>0,得 k2<1 5 , 设 A(x1,y1),B(x2,y2),则 x1+x2= 24k2 1+4k2 , ∴y1+y2=k(x1-3)+k(x2-3)=k(x1+x2)-6k= 24k3 1+4k2 -6k= -6k 1+4k2 . ∵四边形 OAEB为平行四边形, ∴ OE ―→ = OA ―→ + OB ―→ =(x1+x2,y1+y2)= 24k2 1+4k2 , -6k 1+4k2 , 又 OE ―→ =(x,y), ∴ x= 24k2 1+4k2 , y= -6k 1+4k2 , 消去 k得,x2+4y2-6x=0, ∵k2<1 5 ,∴0<x<8 3 . ∴顶点 E的轨迹方程为 x2+4y2-6x=0 0<x<8 3 . 5.如图,斜线段 AB与平面α所成的角为 60°,B为斜足,平面α上的动点 P满足∠PAB= 30°,则点 P的轨迹是( ) A.直线 B.抛物线 C.椭圆 D.双曲线的一支 解析:选 C 母线与中轴线夹角为 30°,然后用平面α去截,使直线 AB与 平面α的夹角为 60°,则截口为 P的轨迹图形,由圆锥曲线的定义可知,P的 轨迹为椭圆.故选 C. 6.若曲线 C上存在点 M,使 M到平面内两点 A(-5,0),B(5,0)距离之差的绝对值为 8, 则称曲线 C为“好曲线”.以下曲线不是“好曲线”的是( ) A.x+y=5 B.x2+y2=9 C.x 2 25 + y2 9 =1 D.x2=16y 解析:选 B ∵M到平面内两点 A(-5,0),B(5,0)距离之差的绝对值为 8, ∴M的轨迹是以 A(-5,0),B(5,0)为焦点的双曲线,方程为 x2 16 - y2 9 =1. A项,直线 x+y=5过点(5,0),故直线与 M的轨迹有交点,满足题意; B项,x2+y2=9的圆心为(0,0),半径为 3,与 M的轨迹没有交点,不满足题意; C项, x2 25 + y2 9 =1的右顶点为(5,0),故椭圆 x2 25 + y2 9 =1与 M的轨迹有交点,满足题意; D项,把 x2=16y代入 x2 16 - y2 9 =1,可得 y-y2 9 =1, 即 y2-9y+9=0,∴Δ>0,满足题意. 7.已知△ABC中,A,B,C的对边分别为 a,b,c,且顶点 A,B的坐标分别为(-4,0), (4,0),C为动点,且满足 sin B+sin A=5 4 sin C,则 C点的轨迹方程为________________. 解析:由 sin B+sin A=5 4 sin C可知 b+a=5 4 c=10, 则|AC|+|BC|=10>8=|AB|,∴满足椭圆定义. 令椭圆方程为 x2 a′2 + y2 b′2 =1,则 a′=5,c′=4,b′=3, 则轨迹方程为 x2 25 + y2 9 =1(x≠±5). 答案: x2 25 + y2 9 =1(x≠±5)
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